每日科普|为什么铁轨不直接铺设在地面上？

仙仙

铁路在日常生活中很常见，但是，钢轨和枕木或者高铁上的道床为什么不直接铺在地面上呢？


物理课中学过，如果要增大压强，可以增大压力或者减小受力面积；要减小压强，可以减小压力或者增大受力面积。铁轨下面铺放枕木，这些是通过增大受力面积来减小压强。


通过这个原理，使列车巨大的压力不会通过轮子集中落在轮子与路基接触的极小面积上，而是通过枕木、道砟后分散到路基上，道砟就是用来铺设铁路路面的碎石。




正是因为接触面扩大，所以才能把全部压力分散传递到整个路基面上。路基受到的平均重量小了，就不会产生高低不平的沉陷。


根据类似的原理还有锋利的篆刻刀刀口、锥状的破窗锤。不过，这些是通过减小受力面积来增大压强。


事实上，道砟不仅能起到减少压强的作用，它还有很多优点：一是枕木周围填塞了道砟，能防止枕木在列车通过产生剧烈震动时前后左右移位；二是道砟垫高了轨道，颗粒状的道砟相互间的空隙很多，轨道的通风排水容易，不易积水，轨道下面就能经常保持干燥状态，这对钢轨的抗腐防锈很有好处。


但是，细心的朋友会发现，为什么普通铁轨边上有很多小石子，高铁却没有？这是因为“道砟”也有一些缺点。


传统的有砟轨道虽然成本较低，但是容易使铁轨产生老化和变形的问题。而且当列车车速过高时，那些小石子有时候也会滚落出来，在没有完善防护措施的道路上易砸到人或者车辆。




所以，如今世界上很多高铁都不用小石子了，而是采用无砟轨道。轨枕由混凝土浇筑，这样既可以减少维护、降低粉尘，还美化了环境。